2.4. Основные механизмы деформации

2.4.1 Упругая деформация

Под действием растягивающей силы, приложенной к металлическому материалу, происходит его формоизменение или деформация.

Деформация называется упругой, если после снятия внешней силы она исчезает. В этом случае под действием сил межатомного притяжения

	атомы возвращаются в исходное положение равновесия. На рис.2.5, а показано исходное состояние кристалла до приложения сил, а на рис.2.5, б под действи-
Рис.2.5. Схема деформирования идеального кристалла сдвигом

ем касательных напряжений возникает упругая деформация сдвига величиной g = tgγ.

2.4.2. Пластическая деформация сдвигом

Дальнейшее увеличение напряжения (выше точки e – рис.2.3) приводит к некоторому малому смещению вдоль плоскости МN (рис.2.5,в). Под действием напряжения τ по плоскости сдвига МN произошло проскальзывание одной части кристалла относительно другой. Такой механизм деформации называется сдвиговым или скольжением. При этом плоскость МN будет плоскостью скольжения или сдвига. Поскольку в одном кристалле много таких плоскостей, то он будет деформироваться с образованием множества ступенек, вызывая заметную остаточную деформацию.

Обычно кристалл деформируется сдвигом только в определенных кристаллографических плоскостях по определенным кристаллографическим направлениям, которые зависят от типа кристаллической решетки исследуемого материала. В основном скольжение происходит по плоскостям и направлениям плотнейшей упаковки атомов. Сдвиг наиболее распространенный способ пластической деформации кристаллов.

2.4.3 Пластическая деформация двойникованием

Представим внутри кристалла ряд параллельных атомных плоскостей (рис.2.6, а). Под действием, например, сил сжатия кристаллографические плоскости могут потерять устойчивость. Тогда произойдет перекидка части решетки с образованием характерного двойника (рис.2.6, б). Форма тела при этом изменится; тело получит остаточную деформацию. На микрошлифе будут видны две параллельные линии двойника (рис.2.6, в). Этому виду деформации подвержены не все металлы. В нормальных условиях путем двойникования осуществляется лишь малая доля пластической деформации тела.

Рис.2.6. Схема деформации двойникованием

Интересные данные получены при испытании железа. Считалось, что чистое железо может разрушаться хрупко при очень низких температурах. Если разрывать образцы из отожженного железа при температурах, вплоть до температуры абсолютного нуля, и наблюдать за пластичностью, то при какой-то достаточно низкой температуре, обнаружится падение пластичности до нуля – явление хладноломкости. При дальнейшем понижении температуры железо вновь становиться пластичным.

Оказывается, что при умеренных температурах замораживания действует механизм сдвиговой деформации, а при температурах, близких к абсолютному нулю, деформация идет в основном двойникованием. Повышение склонное к деформации двойникованием наблюдается на многих металлах и при резком увеличении скорости деформации, например, при деформации энергией взрыва.

2.4.4 Диффузионная пластичность

Пластическая деформация может осуществляться направленным перемещением (диффузией) точечных дефектов. Вероятность такой деформации будет возрастать с увеличением температуры металлов. В соответствии с особенностями перемещений точечных дефектов диффузионная пластичность будет сильно зависеть от длительности приложения нагрузки, то есть от времени.

При обычных, комнатных или более низких температурах чаще всего наблюдается принципиальная зависимость прочности от величины деформации, как этой показано на рис.2.7. Самое малое напряжение обычно требуется, чтобы в металле осуществлялась пластическая деформация сдвигом. Более высокое напряжение необходимо для дёформации двойникованием. Наконец, диффузионная пластичность при этих температурах потребовала бы еще более высоких напряжений. Металл деформируется по механизму, требующему самых малых приложенных напряжений. Чаще всего в обычных условиях работает сдвиговой механизм пластической деформации.

	Однако если изменятся условия испытания металла или его структура, то вполне возможен переход от сдвигового механизма деформации к другому механизму. Это может сопровождаться неожиданными и иногда даже опасными эффектами или следствиями, например, резким спадом прочности, изменением формы детали во времени и т.п.
Рис.2.7. Зависимость прочности от величины деформации

Интересный пример такой смены механизмов наблюдается при высокоскоростной деформации металлов сильными ударными волнами. При воздействии на металл волн высокого давления (порядка миллиона атмосфер) наблюдается переход к деформации перемещением точечных дефектов. В механике такую деформацию называют вязким течением. Металл при таком воздействии перестает упрочняться и даже разупрочняется, становится более мягким, чем до деформации.